[发明专利]大规模横向纳米线阵列式纳米发电机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年11月10日提交的申请号为61259806的美国临时专利申请的权益，因此通过引用将其全部内容并入本文。本申请还要求2010年5月27日提交的申请号为61348909的美国临时专利申请的权益，因此通过引用将其全部内容并入本文。本申请还要求2010年7月7日提交的申请号为61362066的美国临时专利申请的权益，因此通过引用将其全部内容并入本文。

政府权益声明

本发明通过由能源部资助的DE-FG02-07ER46394号合同以及由国家科学基金会资助的DMI-0403671号合同而借助于政府支持完成。政府享有本发明的一定权益。

背景技术

1、技术领域

本发明涉及一种发电机，并且更具体地涉及使用压电性纳米结构的发电机。

2、相关技术的介绍

作为我们日常生活中一种丰富的能量，随时可用的机械能的范围涵盖了声波、机械振动和撞击、气流(例如风)、摩擦、液压和海浪等。获取机械能并将其转化为电能已经变成一种越来越重要的常规发电方法的替代方案。

压电氧化锌(ZnO)纳米线(纳米线)已经被用于获取通过柔和的物理运动产生的小规模机械能。使用单根ZnO纳米线的交流(AC)发电机已经基于循环拉伸和释放压电细线而得以证实。

基于交流纳米发电机(AC-NG)的单纳米线设计使用在其两端跟金属电极稳固接触、横向接合并封装在柔性基板上的压电导线，可以通过存在于我们生活环境中的机械搅拌驱动其弯曲。单线发电机证明是一种用于获取由人或动物体外动作生成的低频能量的稳健手段。但是，基于单纳米线的纳米发电机(NG)的输出功率可能有限。在某些实际应用中，关键是要扩大AC-NG的设计规模以集成由数百万根纳米线做出的贡献，目的就是为了提高输出功率。

大多数现有系统都不足以将规模扩大到使其能够为多种应用发电。

因此，对大规模的纳米发电机阵列存在需求。

发明内容

通过本发明来克服现有技术中的缺点，本发明在一方面是一种制造发电设备的方法，其中多个间隔开的狭长晶种元件被沉积到柔性绝缘基板的第一表面上。狭长的第一导电层被加至每一个晶种元件的顶面和第一侧面，由此留下跟第一侧面相对的第二暴露侧面。从每一个晶种层的第二侧面横向长出多个狭长的均具有远端的压电纳米结构。第二导电材料被沉积到基板上邻接每一个狭长的第一导电层从而耦合多个狭长压电纳米结构中每一个的末端。第二导电材料被选择为在第二导电材料和多个狭长压电纳米结构中每一个的末端之间构成肖特基势垒并由此跟第一导电层形成电接触。

在另一方面，本发明是一种制造纳米发电机的方法，其中从第一基板生长出多根垂直的压电纳米线。用充足的作用力牵引第二基板经过多根垂直的压电纳米线以使多根垂直的压电纳米线中有一组纳米线沿预选方向被转移到第二基板上。多个间隔开的导电条被沉积到基板以及纳米线组的各个部分上以使导电条取向为横向于预选方向。

在又一方面，本发明是一种制造纳米发电机的方法，其中第一电极层被沉积到基板上。至少第一绝缘层被沉积到第一电极层上。至少多个狭长的截头圆锥体形状的第一压电纳米结构被安置到第一绝缘层上以使压电纳米结构取向为具有不同的横向轴并基本上具有共同的垂直轴。至少第二绝缘层被沉积到多个狭长的截头圆锥体形状的第一压电纳米结构上。第二电极层被沉积到第二绝缘层上。

本发明的各个方面将根据以下结合附图对优选实施例进行的说明而变得显而易见。正如对本领域技术人员显而易见的那样，本发明可以实现多种变形和修改而并不背离本公开创新理念的实质和保护范围。

附图简要说明

图1A是纳米发电机的一个实施例的顶部透视图。

图1B是图1A中所示实施例的俯视图。

图1C是图1B中所示实施例沿1C-1C线截取的截面图。

图2A-2E是示出了一种纳米发电机制造方法的一系列示意图。

图3是根据图2A-2E所示方法制得的纳米发电机的俯视图。

图4是根据图3所示实施例得到的纳米发电机被设置用于驱动负载的示意图。

图5A-5E是示出了一种使用截头圆锥体形状的纳米结构制造纳米发电机的方法的一系列示意图。

图6是设置在纳米发电机内使用的绝缘层上的多个截头圆锥体形状的纳米结构的俯视图。